bài giảng chương diode bán dẫn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 1 CHƯƠNG 2 Diode bán dẫn Bùi Minh Thành Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Tài liệu tham khảo [1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and Circuits,2nd Ed. , Macmillan 1991 [2] Lê Phi Yn, Nguyn Như Anh, Lưu Ph, K thut đin t, NXB Khoa hc k thut [3] Allan R. Hambley, Electrical Engineering: Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition (2007) [4] Slide bài giảng môn K thut đin t cô Lê Thị Kim Anh 2 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Nội dung 1) Diode chỉnh lưu 1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động 1.2) Các tham số 1.3) Phân tích mạch DC chứa diode 1.4) Phân tích mạch tín hiệu nhỏ 1.5) Phân tích mạch tín hiệu lớn và ứng dụng 2) Diode zener 2.1) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 2.2) Các tham số 2.3) Các ứng dụng 3 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1) Diode chỉnh lưu 1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động Diode là một chuyển tiếp PN được đặt vào trong vỏ linh kiện và được kết nối với bên ngoài thông qua các chân linh kiện 4 Một s hnh dng ca cc loi diode Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động 5 Chuyển tiếp PN 0 2 . ln( ) AD i NN kT VV qn   E tx P-type N-type vùng nghèo Chiều khuếch tán lỗ trống Chiều trôi lỗ trống Chiều khuếch tán điện tử Chiều trôi điện tử Điện thế hàng rào V 0 hay Vy: Điện thế hàng rào K: Hằng số Boltzeman = 1.38x10 -23 J/K T: Nhiệt độ K q: Điện tích đơn vị = 1.6x10 -19 C N A : Nồng độ tạp chất acceptor trong bán dẫn loại P N D : Nồng độ tạp chất donor trong bán dẫn loại N: n i : mật độ hạt dẫn trong bán dẫn thuần - + Vy Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động 6 Chiều khuếch tán lỗ trống Chiều trôi lỗ trống Chiều khuếch tán điện tử Chiều trôi điện tử Chiều khuếch tán lỗ trống Chiều trôi lỗ trống Chiều khuếch tán điện tử Chiều trôi điện tử Phân cực thuận Phân cực ngược Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động 7 Biểu thức diode / ( 1) T V mV s I I e Trong đó: I: dòng qua chuyển tiếp (mA) V: Điện áp trên chuyển tiếp (dương khi phân cực thuận) (V) Is: Dòng bão hòa ngược (mA) m: Hệ số phát, phụ thuộc vào loại vật liệu V T : Điện thế nhiệt (V) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động 8 1 ( ) s n BR I I V V   Biên độ dòng ngược khi V xấp xĩ V BR (điện thế đánh thủng) có thể được tính theo biểu thức: n: Hằng số xác định từ thực nghiệm Đặc tuyến Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.2) Các thông số a) Điện trở 1 chiều (điện trở đối với dòng 1 chiều) - Phân cực thuận: 9 th th th V R I  Có giá trị rất bé từ vài Ohm đến vài chục Ohm - Phân cực ngược: ng ng ng V R I  Có giá trị rất lớn (Hàng trăm K) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.2) Các thông số b) Điện trở xoay chiều (điện trở vi phân) 10 Được xem xét khi ta quan tâm đến sự thay đổi nhỏ của điện áp ∆V mà dẫn đến sự thay đổi của dòng điện ∆I. Sự thay đổi của ∆V và ∆I phải đủ nhỏ để đảm bảo bảo đoạn làm việc có độ dốc không thay đổi nhiều, lúc này có thể xem diode như là một linh kiện tuyến tính d dV V r dI I    Với / ( 1) T V mV s I I e Q => T d D mV r I  Tuyến tính hoá Q Ở nhiệt độ phòng 25 oC , V T = 26mV [...]... 1.3) Phân tích mạch DC chứa diode Trong thực tế, để dễ dàng trong việc phân tích mạch đặc tuyến của diode được xem như thẳng đứng VD I Diode dẫn Vo E Diode tắt O ID Vy V ID = (E – Vy)/R Vo = IDxR Vy = 0.7V đối với diode Silicon Vy = 0.3V đối với diode Germanium Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Có thể xem diode hở mạch trong trường hợp E < Vy và ngắn mạch trong trường hợp ngược lại => hoạt động như một... Asin(wt) 15 1.5) Phân tích mạch tín hiệu lớn và ứng dụng - Mạch chỉnh lưu dùng diode (bán kỳ) (d) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 16 1.5) Phân tích mạch tín hiệu lớn và ứng dụng - Mạch chỉnh lưu dùng diode (2 bán kỳ): (d) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 17 1.5) Phân tích mạch tín hiệu lớn và ứng dụng - Mạch chỉnh lưu dùng diode (2 bán kỳ):dùng cầu chỉnh lưu (bridge rectifier): RL VO Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử... 21 2) Diode Zener 2.1) Cấu tạo và đặc tuyến Trong vùng phân cực thuận, Zener hoạt động như diode thường, điện áp rơi trên diode là Vy khi diode dẫn Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 22 2.1) Cấu tạo và đặc tuyến Trong vùng phân cực ngược, zener có dòng ngược nhỏ khi áp ngược < áp đánh thủng (breakdown) Tại điểm áp ngược = áp breakdown, dòng ngược bắt đầu tăng nhanh, dòng Iz, và áp ngược rơi trên diode. .. dùng diode: - Mạch nguồn dùng IC ổn áp 7805: Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 19 Nội dung 1) Diode chỉnh lưu 1.1) Cấu tao và nguyên tắc hoạt động 1.2) Các tham số 1.3) Phân tích mạch DC chứa diode 1.4) Phân tích mạch tín hiệu nhỏ 1.5) Phân tích mạch tín hiệu lớn và ứng dụng 2) Diode zener 2.1) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 2.2) Các tham số 2.3) Các ứng dụng Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 20 2) Diode. .. giá trị dòng điện và điện áp tức thời qua diode - ID, VD: giá trị dòng điện và điện áp DC qua diode R V(t) E - id(t), vd(t): giá trị dòng điện và điện áp xoay chiều (ac) qua diode iD(t) = ID + id(t) iD(t) vi D vD(t) Vi = Asin(wt) vD(t) = VD + vd(t) - Xét DC: (ngắn mạch ac) ID = (E – Vy)/R VD = Vy Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK - Xét ac: (ngắn mạch DC, thay diode bằng điện trở có giá trị là rd) rd =... chậm tốc độ đóng mở của diode Điện dung hàng rào Ch.rào - Điện áp ngược tăng thì Ch.rào giảm o  S V lo V  V Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Rth Vγ Co Điện dung khuếch tán Ck.tán - Hình thành do hai miền điện tích khác dấu nằm đối diện nhau Ch.rào = Anode - Hình thành do hiện tượng phun hạt dẫn giữa miền P và miền N khi phân cực thuận (2.51) 11 1.3) Phân tích mạch DC chứa diode Trong thực tế, để . 1.6x10 -19 C N A : Nồng độ tạp chất acceptor trong bán dẫn loại P N D : Nồng độ tạp chất donor trong bán dẫn loại N: n i : mật độ hạt dẫn trong bán dẫn thuần - + Vy Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.1). TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 1 1 CHƯƠNG 2 Diode bán dẫn Bùi Minh Thành Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Tài. dụng 16 - Mạch chỉnh lưu dùng diode (bán kỳ) (d) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1.5) Phân tích mạch tín hiệu lớn và ứng dụng 17 - Mạch chỉnh lưu dùng diode (2 bán kỳ): (d) Bộ môn Kỹ Thuật Điện